El reloj que transforma la medición de los segundos

La forma en que el ser humano mide el tiempo está a punto de cambiar de manera drástica. Los avances en la tecnología de relojes ópticos condujeron a científicos de todo el mundo a replantearse la precisión con la que se define el segundo. Este cambio, impulsado por investigaciones de vanguardia, promete mejorar no solo la precisión temporal sino también revolucionar sectores clave como las telecomunicaciones, la navegación satelital y el Internet de las cosas.

Desde el uso de relojes de sol hasta la invención de los relojes atómicos, la búsqueda de una mayor exactitud ha sido una constante. Actualmente, la medición del tiempo es fundamental para garantizar la sincronización de infraestructuras críticas, desde los sistemas financieros de alta velocidad hasta el transporte y la logística global.

Según National Geographic, cada vez que ha habido un avance en este sentido, los relojes ganaron en precisión. Ahora, los relojes ópticos representan la próxima gran evolución en esta disciplina.

Desde hace décadas, los relojes atómicos son la referencia estándar para medir el tiempo. Basados en la radiación emitida por transiciones atómicas de elementos como el cesio y el rubidio, su precisión es asombrosa: pierden apenas un segundo cada millón de años. Estos dispositivos son fundamentales para tecnologías como los sistemas de posicionamiento global (GPS), que dependen de la sincronización precisa de los satélites.

Sin embargo, a pesar de esta notable exactitud, los científicos siempre buscaron superar los límites de la tecnología existente. En el artículo de National Geographic se planteó la interrogante de si es posible mejorar y la respuesta fue afirmativa. La solución se encuentra en los relojes ópticos, capaces de medir el tiempo con una precisión mil veces superior.

Para entender cómo operan los relojes ópticos, primero es importante saber cómo se mide el tiempo en los relojes atómicos actuales. Estos últimos funcionan observando las vibraciones naturales de los átomos. Por ejemplo, en los relojes atómicos de cesio, se mide la frecuencia (o el “ritmo”) de las ondas de energía que emiten los átomos de cesio cuando cambian de un estado a otro. Estas ondas están en el rango de las microondas (como las que se usan en los hornos de cocina), y marcan el paso del tiempo de manera extremadamente precisa.

Los relojes ópticos llevan esta idea a un nivel mucho más avanzado. En lugar de utilizar microondas, miden las frecuencias de luz láser, que son muchísimo más rápidas y precisas. Las ondas de luz pueden vibrar hasta 100.000 veces más rápido que las microondas, lo que permite detectar cambios temporales más pequeños y medir el tiempo con una precisión sin precedentes.

El corazón de estos relojes son las llamadas trampas de iones, un sistema capaz de manipular y estudiar átomos con un nivel de control extraordinario.

Estas trampas utilizan campos eléctricos para mantener un átomo o ion (una partícula con carga eléctrica) suspendido en el vacío, evitando que interactúe con su entorno. Al eliminar estas interferencias, los investigadores pueden observar las vibraciones naturales del átomo sin que nada las perturbe.

Los átomos se estabilizan con una exactitud de nanómetros (una millonésima parte de un milímetro), lo que permite mediciones extremadamente precisas.

El equipo del Instituto Federal de Física y Tecnología de Alemania perfeccionó un diseño que permite trabajar con varios iones a la vez. Esto acelera el proceso de comparación entre diferentes relojes y mejora aún más la eficiencia.

Gracias a estas innovaciones, los relojes ópticos han alcanzado un nivel de precisión nunca antes visto: el margen de error en sus mediciones es de menos de cinco partes por billón. Esto significa que podrían funcionar durante miles de millones de años sin perder ni un solo segundo.

La científica Tanja Mehlstäubler, líder de la investigación, destacó en la revista Physical Review Letters que “este avance no solo supera los estándares actuales, sino que marca un nuevo récord en la capacidad de medir el tiempo”.

El segundo, tal como se conoce hoy, fue definido oficialmente en 1967 con base en la frecuencia del cesio. Sin embargo, los avances en los relojes ópticos plantean la necesidad de actualizar este estándar. Estos nuevos dispositivos no solo son más precisos, sino que también eliminan ciertas limitaciones de los relojes atómicos actuales, haciendo que el segundo definido por cesio quede obsoleto.

Más allá de la redefinición del tiempo, la precisión de los relojes ópticos tiene el potencial de transformar numerosos sectores. En el ámbito científico, estos dispositivos permitirían rastrear con mayor detalle los cambios en la elevación terrestre provocados por el deshielo de los glaciares.

En el día a día, esta tecnología también es crucial para garantizar la sincronización precisa de dispositivos conectados mediante el Internet de las cosas. Además, podría optimizar las transacciones electrónicas, facilitando la detección de fraudes y mejorando la seguridad en los sistemas financieros globales.